專利名稱：攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于能拍攝運(yùn)動(dòng)圖像和靜止圖像的照相機(jī)中的攝像裝置。
圖6是表示現(xiàn)有的固體攝像元件的一部分的示意圖，31是將入射光轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換元件，32是使從光電轉(zhuǎn)換元件31輸出的電荷在垂直方向上移位的垂直傳送CCD(以下記為VCCD)，33是使從VCCD32傳送來的電荷在水平方向上移位的水平轉(zhuǎn)移CCD(以下記為HCCD)，34是將從HCCD33傳送來的電荷進(jìn)行放大并輸出的放大器。
以下對現(xiàn)有的固體攝像元件的動(dòng)作進(jìn)行簡單說明。首先，通過設(shè)置在外部的定時(shí)脈沖發(fā)生器在電視信號的1VD期間生成一個(gè)讀出脈沖，在該讀出脈沖的定時(shí)內(nèi)，積蓄在各光電轉(zhuǎn)換元件31內(nèi)的電荷全部向相鄰的VCCD32移位。
然后，VCCD32使來自各光電轉(zhuǎn)換元件31的電荷一段一段地依次向HCCD32移位，VCCD32每移位一段電荷，HCCD33就通過放大器34將傳送來的電荷全部輸出。因此，HCCD33中的電荷移位速度應(yīng)設(shè)定為，VCCD32每傳送一段電荷，通過放大器34能將這些電荷全部輸出的速度。
如上所述，積蓄在各光電轉(zhuǎn)換元件31中的電荷一旦被傳送到VCCD32，從VCCD32傳送到HCCD33的電荷進(jìn)一步在水平方向上移位，然后通過放大器34輸出。其中，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件31的水平方向和垂直方向的像素?cái)?shù)量增加時(shí)，VCCD32和HCCD33的電荷移位的段數(shù)也增加。因此，如果增加光電轉(zhuǎn)換元件31的像素?cái)?shù)量，就必須相應(yīng)地提高電荷移位所必需的時(shí)鐘頻率。
但是眾所周知，當(dāng)時(shí)鐘頻率升高時(shí)，會(huì)引起消耗功率增大和發(fā)熱、信號的S/N劣化等問題。其中，作為使影響特別大的HCCD的電荷移位的時(shí)鐘頻率下降的固體攝像元件，如圖7所示方式的固體攝像元件被提出。
在圖7中，41是在水平方向和垂直方向上排列光電轉(zhuǎn)換元件同時(shí)設(shè)置VCCD的像素區(qū)，42和43是使從像素區(qū)41傳送來的電荷在水平方向上移位的HCCD，44和45是在從HCCD42和43輸出的電荷的前面注入規(guī)定電平的基準(zhǔn)信號的電荷注入裝置，46和47將從電荷注入裝置44和45輸出的基準(zhǔn)信號和電荷放大并輸出的放大器。利用基準(zhǔn)信號對在混合各信道的電荷前其間各信道的特性偏移進(jìn)行補(bǔ)償。
在如圖7所示的固體攝像元件中，從像素區(qū)41的VCCD傳送來的電荷被分散到HCCD42和HCCD43，通過各HCCD42和43在水平方向上移位，因此各HCCD42和43的電荷移位所必需的時(shí)鐘與使用一個(gè)HCCD時(shí)相比，可以降低一半的速度。
但是，在如圖7所示方式的固體攝像元件的情況下，一般隨著固體攝像元件的像素?cái)?shù)量增加，像素尺寸變小，當(dāng)像素尺寸變小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電荷的傳送效率惡化，對畫質(zhì)造成惡劣的影響的問題。
特別是在近年的攝像機(jī)中，包含光學(xué)系統(tǒng)的裝置逐漸小型化，固體攝像元件也小型化到只有1/3英寸或1/4英寸。但是，如果在這樣的小型固體攝像元件中配置多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件，在當(dāng)從像素區(qū)41的VCCD向HCCD43傳送電荷時(shí)，電荷的傳送效率惡化，對畫質(zhì)造成惡劣的影響。
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種攝像裝置，即使對于超過100萬像素的多像素固體攝像元件，也可以降低電荷傳送時(shí)鐘，并且可以進(jìn)行良好畫質(zhì)的攝像。
此外，本發(fā)明的攝像裝置，將在水平方向和垂直方向上呈矩陣狀排列的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件中儲(chǔ)存的光信號轉(zhuǎn)換為電信號并輸出，其特征在于，包括多個(gè)垂直CCD22，使從上述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件讀出的電荷在垂直方向上移位；多個(gè)斜向CCD23，使從上述多個(gè)垂直CCD傳送來的電荷在傾斜方向上移位；第一和第二水平CCD13a、13b，使從上述多個(gè)斜向CCD傳送來的電荷在水平方向上移位，通過輸出單元輸出，第一電荷注入裝置14a，在從上述第一水平CCD的輸出單元輸出的第一輸出信號的開頭注入預(yù)定電平的基準(zhǔn)電荷；以及第二電荷注入裝置14b，在從上述第二水平CCD的輸出單元輸出的第二輸出信號的開頭注入預(yù)定電平的基準(zhǔn)電荷，上述第一水平CCD的輸出單元和上述第二水平CCD的輸出單元設(shè)置在相對的位置上。
此外，本發(fā)明的攝像裝置其特征在于，還包括第一放大裝置15a、2a，將通過上述第一電荷注入裝置被注入基準(zhǔn)電荷的上述第一輸出信號進(jìn)行放大；第二放大裝置15b、2b，將通過上述第二電荷注入裝置被注入基準(zhǔn)電荷的上述第二輸出信號進(jìn)行放大；以及輸出電平調(diào)整裝置4，將上述第一放大裝置輸出的基準(zhǔn)電荷和上述第二放大裝置輸出的基準(zhǔn)電荷的電荷電平進(jìn)行比較，將上述第一放大裝置或上述第二放大裝置中至少一個(gè)輸出的信號電平進(jìn)行放大或衰減，以使兩個(gè)基準(zhǔn)電荷的電荷電平相等，將通過上述輸出電平調(diào)整裝置而進(jìn)行電平調(diào)整的上述第一和第二輸出信號進(jìn)行合成，生成一個(gè)行信號。
此外，本發(fā)明的攝像裝置其特征在于，上述第一和第二放大裝置2a、2b使通過上述第一和第二電荷注入裝置被輸入基準(zhǔn)電荷的上述第一和第二輸出信號的基準(zhǔn)電荷部分以固定的增益放大或衰減，另一方面使上述基準(zhǔn)電荷以外的部分以根據(jù)信號電平的可變增益放大或衰減。


圖1是用于說明本發(fā)明的攝像裝置的示意圖。
圖2是表示固體攝像元件1的構(gòu)成的簡圖。
圖3是表示HCCD的電荷輸出單元的示意圖。
圖4是表示CCD信號和基準(zhǔn)信號的一個(gè)例子的示意圖。
圖5是表示比較調(diào)整裝置4的一個(gè)構(gòu)成例的示意圖。
圖6是表示現(xiàn)有的固體攝像元件的局部視圖。
圖7是表示現(xiàn)有的固體攝像元件的另一例的圖。
此外，4是比較調(diào)整裝置，對從A/D轉(zhuǎn)換器3a和3b輸出的各信道的CCD信號進(jìn)行比較，根據(jù)其結(jié)果進(jìn)行電平調(diào)整；5是行轉(zhuǎn)換裝置，使從比較調(diào)整裝置4輸出的各CCD信號成為畫面同一方向的CCD信號并輸出；6是Y/C處理裝置，對行轉(zhuǎn)換裝置5輸出的CCD信號進(jìn)行γ修正，并且進(jìn)行孔徑控制等的信號處理；7是定時(shí)脈沖發(fā)生器(TG)，向固體攝像元件1輸出驅(qū)動(dòng)脈沖；8是控制裝置，控制如圖1所示的各裝置。
圖2是表示固體攝像元件1的構(gòu)成的簡圖。11a和11b是像素區(qū)，光電轉(zhuǎn)換元件在水平方向和垂直方向上呈矩陣狀排列，同時(shí)設(shè)置有VCCD；12a和12b是斜向移位區(qū)，使從像素區(qū)11a和11b的VCCD傳送來的電荷在傾斜方向上移位；13a和13b是HCCD，使從斜向移位區(qū)12a和12b傳送來的電荷在水平方向上移位；14a和14b是電荷注入裝置，在剛好從HCCD 13a和13b輸出的電荷之前注入規(guī)定電平的基準(zhǔn)信號；15a和15b是放大器，對從電荷注入裝置14a和14b輸出的基準(zhǔn)信號和電荷進(jìn)行放大并輸出。
電荷注入裝置14a和14b各自的構(gòu)成，如圖2所示，但也可以只設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)信號發(fā)生器，同時(shí)在HCCD 13a和放大器14a之間設(shè)置第一加法器、在HCCD 13b和放大器14b之間設(shè)置第二加法器，使同一基準(zhǔn)信號發(fā)生器所發(fā)生的基準(zhǔn)信號一方面通過第一加法器輸入，另一方面通過第二加法器輸入，從而將輸入到兩個(gè)信道的基準(zhǔn)信號的電平差抑制到最小限度。此外，在上述過程中，設(shè)置基準(zhǔn)信號發(fā)生器，使從基準(zhǔn)信號發(fā)生器到第一加法器的距離與從基準(zhǔn)信號發(fā)生器到第二加法器的距離大致相等，由此可以將輸入兩個(gè)相等的基準(zhǔn)信號的電位差抑制到最小限度。
圖3是僅表示固體攝像元件1的HCCD 13a和13b的電荷輸出單元外圍部分的示意圖。在該圖中，21是光電轉(zhuǎn)換元件，將入射光轉(zhuǎn)換為電信號并輸出；22是VCCD，將從光電轉(zhuǎn)換元件21輸出的電荷在垂直方向上移位；23是斜向CCD，將從VCCD 22傳送來的電荷在傾斜方向上移位。如圖3所示的光電轉(zhuǎn)換元件21和VCCD 22設(shè)置在如圖2所示的像素區(qū)11a和11b內(nèi)，如圖3所示的斜向CCD 23設(shè)置在如圖2所示的斜向移位區(qū)12a和12b內(nèi)。
此外，此處所示的攝像裝置可以是能在電視信號的1VD期間輸出一幀信號的所謂的逐行掃描方式的固體攝像元件，也可以是能在1VD期間輸出半幀信號的所謂的隔行方式的固體攝像元件。此外，本說明書所稱的1VD期間或1HD期間分別指NTSC方式的電視信號的半幀期間或水平掃描信號的一個(gè)水平掃描期間。
以下對本發(fā)明的攝像裝置的動(dòng)作進(jìn)行說明。本發(fā)明的攝像裝置可以拍攝靜止圖像和運(yùn)動(dòng)圖像，以下對拍攝運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)的動(dòng)作進(jìn)行說明。
首先，如圖1所示的控制裝置7控制定時(shí)脈沖發(fā)生器7，定時(shí)脈沖發(fā)生器7向固體攝像元件1輸出驅(qū)動(dòng)脈沖。在該驅(qū)動(dòng)脈沖中包含來自光電轉(zhuǎn)換元件21的電荷讀出脈沖、VCCD 22的垂直傳送脈沖、HCCD13a、13b的水平傳送脈沖等。
當(dāng)定時(shí)脈沖發(fā)生器7向固體攝像元件1輸出讀出脈沖時(shí)，積蓄在所有光電轉(zhuǎn)換元件21中的電荷一齊被傳送到相鄰的VCCD 22內(nèi)，然后根據(jù)來自定時(shí)脈沖發(fā)生器7的垂直傳送脈沖的定時(shí)，積蓄的電荷在HCCD 13a和13b方向上被移位。
然后，從如圖2所示的像素區(qū)11a內(nèi)的VCCD 22的輸出單元輸出的電荷被傳送到斜向移位區(qū)12a內(nèi)的斜向CCD 23的輸入段，從如圖2所示的像素區(qū)11b內(nèi)的VCCD 22的輸出單元輸出單元電荷被傳送到斜向移位區(qū)12b內(nèi)的斜向CCD 23的輸入段。
此外，與HCCD 22相同的垂直傳送脈沖也被提供給斜向CCD 23，從而根據(jù)垂直傳送脈沖的定時(shí)，已傳送到斜向CCD 23的輸入段的電荷在傾斜方向上被移位。然后，從斜向移位區(qū)12a內(nèi)的斜向CCD 23的輸出單元輸出的電荷被傳送到HCCD 13a，從斜向移位區(qū)12b內(nèi)的斜向CCD 23的輸出單元輸出的電荷被傳送到HCCD 13b。
這樣，來自像素區(qū)11a的各光電轉(zhuǎn)換元件21的電荷通過VCCD22、斜向CCD 23被傳送到HCCD 13a，來自像素11b的各光電轉(zhuǎn)換元件21的電荷通過VCCD 22、斜向CCD 23被傳送到HCCD 13b。
雖然水平傳送脈沖被分別提供給HCCD 13a和HCCD 13b，但這兩個(gè)水平傳送脈沖的相位是互不相同的。通過上述水平傳送脈沖，HCCD 13a內(nèi)的電荷被向右側(cè)移位，HCCD 13b內(nèi)的電荷被向左側(cè)移位，但由于電荷注入裝置14a和14b在一行電荷的前面輸入規(guī)定電平的基準(zhǔn)信號，所以放大器15a和15b輸出的CCD信號成為如圖4所示的波形。其中，通過電荷注入裝置14a注入的基準(zhǔn)信號和通過電荷注入裝置14b注入的基準(zhǔn)信號的信號電平被設(shè)為同一電平。
圖4(a)是放大器15a輸出的CCD信號的波形，圖4(b)是放大器15b輸出的CCD信號的波形，各波形的開頭部分是基準(zhǔn)信號。其中，像素區(qū)11b的電荷按照從畫面左側(cè)的像素向右側(cè)的像素的順序輸出，而像素區(qū)11a的電荷按照從畫面右側(cè)的像素向左側(cè)的像素的順序輸出。
因此，在像素區(qū)11a和像素區(qū)11b中電荷的讀出順序是不同的，但如圖2所示，畫面從中央被分為像素區(qū)11a和11b，而且從靠近畫面中央一側(cè)開始按照順序讀出電荷，所以像素區(qū)11a和像素區(qū)11b之間邊界部分的水平方向的電荷傳送段數(shù)是相同的。
即，由于靠近像素區(qū)11a的畫面中央一側(cè)的像素和靠近像素區(qū)11b的畫面中央一側(cè)的像素的電荷水平移動(dòng)段數(shù)是相同的，所以可以防止由于畫面中央的邊界部分的電荷移動(dòng)段數(shù)不同而造成的影像的不連續(xù)性。
放大器15a和15b輸出的CCD信號，通過CDS/AGC 2a和2b進(jìn)行噪聲除去和電平調(diào)整處理，然后模擬信號形態(tài)的CCD信號通過AD轉(zhuǎn)換器3a和3b被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號形態(tài)，然后被提供給比較調(diào)整裝置4。
比較調(diào)整裝置4對從A/D轉(zhuǎn)換器3a和3b輸出的CCD信號進(jìn)行比較，然后調(diào)整CCD信號的電平，使兩個(gè)信道的CCD信號的基準(zhǔn)信號電平相等。具體地說，首先固定預(yù)定的一個(gè)信道的基準(zhǔn)信號，然后調(diào)整CCD信號的電平，使另一個(gè)信道的基準(zhǔn)信號與前一信道的相等。但不限定于此，當(dāng)然也可以調(diào)整CCD信號的電平，使兩個(gè)信道的基準(zhǔn)信號等于預(yù)定的電平。
當(dāng)通過比較調(diào)整裝置4調(diào)整各信道的CCD信號的電平之后，CCD把信號提供給行轉(zhuǎn)換裝置5，與從像素區(qū)11a輸出的CCD信號相關(guān)聯(lián)，在行方向上左右反轉(zhuǎn)。然后把如圖4(c)所示的合成了各信道的CCD信號的CCD信號提供給Y/C處理裝置6，進(jìn)行γ處理或孔徑控制等的處理。
在本發(fā)明的攝像裝置中，如上所述，通過電荷注入裝置14a和14b注入相同電平的電荷，然后通過比較調(diào)整裝置4對其進(jìn)行比較，由此可以抵消放大器15a和15b的特性偏移、CDS/AGC 2a和2b之間的特性偏移、以及A/D轉(zhuǎn)換器3a和3b之間的特性偏移。
但是，在CDS/AGC 2a和2b的增益可以設(shè)定為從0dB(1倍)到+30dB(約32倍)，A/D轉(zhuǎn)換器3a和3b的動(dòng)態(tài)范圍為1V的情況下，只要不把電荷注入裝置14a和14b的電荷注入電平設(shè)定得，使從放大器15a和15b輸出的基準(zhǔn)信號的電平為1/32≈31.25mV以下，則可以有效地進(jìn)行比較調(diào)整裝置4的電平調(diào)整。
例如，當(dāng)左右各個(gè)信道的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入都超過1V時(shí)，各A/D轉(zhuǎn)換器的輸出都為1V，而與各信道的特性偏移無關(guān)，因此無法根據(jù)該信號進(jìn)行各信道的電平調(diào)整。
另一方面，如果把電荷注入裝置14a和14b的電荷注入電平設(shè)定得，使從放大器15a和15b輸出的基準(zhǔn)信號的電平為31.25mV以下，則雖然可以調(diào)整各信道的特性偏移，但是由于電荷輸入電平微弱，所以容易受噪聲等的影響，很可能無法在各信道之間正確地進(jìn)行電平調(diào)整。
因此，在本發(fā)明的攝像裝置中，對于固體攝像元件1輸出的CCD信號的基準(zhǔn)信號部分，將CDS/AGC 2a和2b的增益固定為0dB(1倍)或3dB(約1.4倍)等較低的倍率，對于基準(zhǔn)信號以外的部分，根據(jù)CCD信號的電平，比如在1VD期間內(nèi)設(shè)定增益，由此可以高精度地調(diào)整兩個(gè)信道之間的電路特性偏移。
圖5是表示比較調(diào)整裝置4的構(gòu)成的一個(gè)例子的示意圖。9a是放大器，用于放大從A/D轉(zhuǎn)換器3a輸出的CCD信號；9b是放大器，用于放大從A/D轉(zhuǎn)換器3b輸出的CCD信號；10a是取樣保持裝置(S/H)，用于保持通過放大器9a放大的CCD信號的值，并且將其輸出；10b取樣保持裝置(S/H)，用于保持通過放大器9b放大的CCD信號的值，并且將其輸出。
其中，取樣保持裝置10a和10b保持在CCD信號開頭插入的基準(zhǔn)信號部分的取樣值，然后將其輸出到控制裝置8。然后，控制裝置8調(diào)整放大器9a和9b的增益，使取樣保持裝置10a輸出的取樣值和取樣保持裝置10b輸出的取樣值相等。
如上所述，當(dāng)使兩個(gè)信道的CCD信號的電平變化時(shí)，需要設(shè)置放大器9a和放大器9b，但當(dāng)例如固定了從A/D轉(zhuǎn)換器3a輸出的CCD信號的電平，而僅使從A/D轉(zhuǎn)換器3b輸出的CCD信號的電平變化時(shí)，就不必一定要設(shè)置放大器9a。
根據(jù)本發(fā)明的攝像裝置，由于具有第一水平CCD和第二水平CCD，而且第一水平CCD的輸出單元和第二水平CCD的輸出單元設(shè)置在相對的位置上，所以不僅可以將用于水平CCD的電荷移位的時(shí)鐘控制在低頻，而且可以容易地向從各水平CCD輸出的CCD信號中注入基準(zhǔn)信號，調(diào)整從各水平CCD輸出的CCD信號的電平。
此外，當(dāng)放大從各水平CCD輸出的CCD信號時(shí)，由于固定了基準(zhǔn)信號部分的增益，而使基準(zhǔn)信號以外的部分的增益可變，所以具有可以使注入的基準(zhǔn)信號的信號電平相對較高，高精度地進(jìn)行各信道之間的電平調(diào)整的效果。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，用于將在水平方向和垂直方向上呈矩陣狀排列的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件中儲(chǔ)存的光信號轉(zhuǎn)換為電信號并輸出，其特征在于，包括多個(gè)垂直CCD，使從上述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件讀出的電荷在垂直方向上移位；多個(gè)斜向CCD，使從上述多個(gè)垂直CCD傳送來的電荷在傾斜方向上移位；以及第一和第二水平CCD，使從上述多個(gè)斜向CCD傳送來的電荷在水平方向上移位，通過輸出單元輸出，上述第一水平CCD的輸出單元和上述第二水平CCD的輸出單元設(shè)置在相對的位置上。
2.一種攝像裝置，用于將在水平方向和垂直方向上呈矩陣狀排列的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件中儲(chǔ)存的光信號轉(zhuǎn)換為電信號并輸出，其特征在于，包括多個(gè)垂直CCD，使從上述多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件讀出的電荷在垂直方向上移位；多個(gè)斜向CCD，使從上述多個(gè)垂直CCD傳送來的電荷在傾斜方向上移位；第一和第二水平CCD，使從上述多個(gè)斜向CCD傳送來的電荷在水平方向上移位，通過輸出單元輸出，第一電荷注入裝置，在從上述第一水平CCD的輸出單元輸出的第一輸出信號的開頭注入預(yù)定電平的基準(zhǔn)電荷；以及第二電荷注入裝置，在從上述第二水平CCD的輸出單元輸出的第二輸出信號的開頭注入預(yù)定電平的基準(zhǔn)電荷，上述第一水平CCD的輸出單元和上述第二水平CCD的輸出單元設(shè)置在相對的位置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝像裝置，其特征在于，還包括第一放大裝置，將通過上述第一電荷注入裝置被注入基準(zhǔn)電荷的上述第一輸出信號進(jìn)行放大；第二放大裝置，將通過上述第二電荷注入裝置被注入基準(zhǔn)電荷的上述第二輸出信號進(jìn)行放大；以及輸出電平調(diào)整裝置，將上述第一放大裝置輸出的基準(zhǔn)電荷和上述第二放大裝置輸出的基準(zhǔn)電荷的電荷電平進(jìn)行比較，將上述第一放大裝置或上述第二放大裝置中至少一個(gè)輸出的信號電平進(jìn)行放大或衰減，以使兩個(gè)基準(zhǔn)電荷的電荷電平相等，將通過上述輸出電平調(diào)整裝置而進(jìn)行電平調(diào)整的上述第一和第二輸出信號進(jìn)行合成，生成一個(gè)行信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的攝像裝置，其特征在于，上述第一和第二放大裝置使通過上述第一和第二電荷注入裝置被輸入基準(zhǔn)電荷的上述第一和第二輸出信號的基準(zhǔn)電荷部分以固定的增益放大或衰減，另一方面使上述基準(zhǔn)電荷以外的部分以根據(jù)信號電平的可變增益放大或衰減。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能降低HCCD的電荷移位時(shí)鐘頻率，并且能拍攝良好畫質(zhì)影像的攝像裝置。積蓄在光電轉(zhuǎn)換元件21中的電荷通過VCCD 22、斜向CCD 23，被傳送到HCCD 13a或HCCD 13b。HCCD 13a和HCCD 13b的輸出單元配置在相對的位置上，在每個(gè)輸出單元一側(cè)分別設(shè)置有電荷注入裝置14a、14b，在電荷的開頭部分注入基準(zhǔn)信號。根據(jù)該基準(zhǔn)信號進(jìn)行各信道之間的CCD信號的電平調(diào)整，由此可以進(jìn)行良好畫質(zhì)的拍攝。
文檔編號H04N5/369GK1402355SQ02126449
公開日2003年3月12日 申請日期2002年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月2日
發(fā)明者宮原弘之 申請人:日本勝利株式會(huì)社